[发明专利]一种基于非对称脉宽调制的方波电压注入方法

说明书

本发明涉及一种基于非对称脉宽调制的方波电压注入方法，针对低开关频率下传统正弦电压注入法存在的高频响应电流畸变、载波次谐波倍频和边带谐波低次化等问题，提出一种基于非对称空间矢量脉宽调制来实现方波电压注入的无位置传感器控制方法：选择方波电压作为注入谐波，免除位置估计环节大量滤波器的使用，简化高频信号处理过程；采用非对称空间矢量脉宽调制(ASVM)方法，消除低阶边带谐波和基带谐波，减少高频响应电流信号重叠。实验结果表明，基于ASVM的方波电压注入法在低开关频率下有效降低了高频响应电流中的无效谐波成分干扰，提高了转子位置估计性能。

技术领域

本发明属于永磁同步电机无位置传感器控制方法，涉及一种基于非对称脉宽调制的方波电压注入方法，是一种在低开关频率下基于非对称空间矢量脉宽调制来实现方波电压注入的转子位置估计方法，属于交流电机传动技术领域。

背景技术

永磁同步电机因效率高、功率密度大及宽调速范围等优点，近年来受到轨道交通行业的密切关注。由于与牵引电机为一体，恶劣的环境导致位置传感器的故障率一直较高，造成机破、降速行驶等安全问题。无位置传感器控制是解决这一问题的关键技术。然而，与其他工业应用相比，高速列车逆变器的开关器件受开关损耗和散热的限制，最高开关频率一般不超过1kHz。为使电流具有更好的谐波性能和对称特征，目前牵引逆变器在低开关频率下普遍采用混合脉宽调制：低速段采用异步调制方法，高速段采用特定谐波消去法(SHEPWM)，额定速段以上采用方波调制方法。其中，异步调制区的开关频率通常不超过500Hz，在这种情况下，采用传统空间矢量调制(SVM)方法会出现载波次谐波倍频和边带谐波低次化的问题。与此同时，在高频信号处理中低次谐波不能被带通滤波器(BPF)完全滤除，导致滤波信号重叠，影响位置估计精度。由于上述原因，基于高频信号注入的无传感器控制方案在轨道交通领域的广泛应用受到限制。另一方面，传统的正弦电压注入法在高频信号解调和位置估计时需要使用较多滤波器，会极大限制电流环和速度环的带宽，且开关频率较低时由于采样点数较少，正弦电压信号会发生严重失真，导致响应电流出现畸变。而方波电压信号的形式决定了其更加适用于低开关频率下的谐波注入。

目前，国内外关于永磁同步电机无位置传感器控制的研究主要集中在开关频率较高的情况下，而在低开关频率下仍应用传统SVM异步调制方法，并没有分析和解决传统SVM方法带来的低次谐波加剧的问题。

低开关频率下传统的无位置传感器控制方法会存在以下两个特殊问题：1)正弦信号在低采样频率下由于采样点过少会出现严重失真，导致高频响应信号出现严重畸变。2)采用传统空间矢量调制(SVM)方法会出现载波次谐波倍频和边带谐波低次化的问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于非对称脉宽调制的方波电压注入方法，一方面选择方波电压作为注入谐波，简化了高频信号处理过程。另一方面采用非对称空间矢量脉宽调制(ASVM)方法，消除低阶边带谐波和基带谐波，减少高频电流信号重叠。

技术方案

一种基于非对称脉宽调制的方波电压注入方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在电机静止时向估计d轴注入方波电压信号，通过PI电流调节器输出交直轴电压U_d和U_q；

所述方波电压信号为：

式中，符号“∧”代表对应量的估计值，U_h为注入方波电压的幅值，注入频率ω_h设置为开关频率的一半；

步骤2：电机起动后，通过BPF滤波来获取α、β轴高频响应电流：

式中，i_α、i_β为实际的α、β轴电流，为滤波后的α、β轴高频响应电流；